学科前沿结课论文

浅谈我对基于异步电机动态模型的调速的理解

一、异步电机调速模型的困惑

上学期我们学习了《电力拖动自动控制系统》这门课程。其中最为核心也是

最为抽象的内容就是书中基于异步电机动态模型的调速方法了。记得老师在将这部分内容是很是吃力，我们也听得是云里雾里的。我想上完这部分内容之后停留在大家脑海里的也就只剩下众多的矩阵方程和知识的碎片。那么基于异步电机动态模型调速方法道理是怎么回事？为什么要进行一系列复杂的变换？变换之后的物理意义又是什么？这些众多的问题在我对《电力拖动自动控制系统》这部分内容进行反复阅读与理解，尤其是本学期学科前沿讲座之后，我开始慢慢理解异步电机调速思想的来龙去脉。

二、直流电机调速的优点与异步电机调速的难点

电机转速的快慢跟电机电磁转矩大小有关。当Te=TL时电机匀速运行，当Te>TL时电机加速运行到另一个更高的速度，反之电机减速运行在另一个较低的转速。而直流电机电磁转矩的方程式是Te=CeφIa，只要控制φ不变，那么电磁转矩与电枢电流成正比。而φ又是由励磁电流If决定的，只要控制If不变就能得到恒定的φ。因此在进行直流电机调速时就可以先固定If，然后调节Ua改变Ia达到调速的效果。

然而控制异步电机时事情就远没这么简单了。因为在异步电机中就只有一个三相电流，没有什么电枢电流与励磁电流之分，他们严重的耦合在一起了。改变三相电枢电流，电机输出转矩与磁链φ都跟着变了，非线性很严重，这就非常的麻烦。那么有没有什么方法来实现电流的解耦继而像直流电机那样去控制异步电机呢？答案是肯定的，这就是我们在电拖中基于异步电机动态模型调速方法中要学的内容。

三、神奇的变换

那么在异步电机中究竟是如何实现解耦的呢？方法就是数学变换，也就是所谓的3S/2S变换，2S/2R变换及其相应反变换。这些变换倒来倒去表达式在变，但有一点是不变的，那就是必须保证变换之后电流产生的效果等效，也就是说产生磁链必须相等。

(1) 三相静止到两相静止变换(3S/2S变换)

其思想是同一个旋转磁链，既可以由向在空间位置互差120°的三相绕组通在时间上互差120°的三相电流来产生，也可以等效成向在空间位置互差90°的两相绕组通在时间上互差90°的两相电流来产生。这就是说一定的Ia，Ib，Ic三相电流的作用效果同相应的Iα,Iβ电流效果相同。那这两种不同电流之间的数量关系可以有一个矩阵来表示，由三相电流乘以这个矩阵就变换到了两相电流。而所谓的静止变换是指变换前后绕组是静止的。 (2) 两相静止到两相旋转变换(2S/2R变换)

经过前面的3S/2S变换，已经将三相电流变换到了两相了，但仍然没有实现解耦，改变其中一个变量，磁链和转矩还是会跟着都变。那么看看2S/2R变换是什么效果。2S/2R变换的思想是用直流电流通过线圈来产生与两相交流Iα,Iβ通过线圈一样的磁链。那么有人会问，交流电流产生的磁链是旋转的用直流怎么可能去等效？这就是问题的关键了，直流只能产生恒定的磁链，怎么会旋转呢？一个办法就是，把这个产生直流磁链的的绕组放在电机的转子上，虽然直流产生的是恒定磁链，但由于转子是旋转的，从地面上看依然是一个旋转的磁链。就是说两相交流Iα,Iβ产生的磁链可以用放在转子上的直流来等效。这就对异步电机的控制非常的有利了。如果按照转子磁链定向，会神奇的发现这个直流可以分解成两个相互垂直没有耦合的分量Im、It，其中Im与磁链成正比，可以向直流电机那样方便的控制磁链φ；而另一个分量It在磁链φ固定的情况下与转矩成正比，可以方便的控制电磁转矩。这就是说只要控制住Im使φ不变就可以靠改变It方便的调速了。这就跟直流电机控制的方法一样了。

四、基于异步电机动态模型的调速原理概述

有了上面的变换做铺垫，异步电机的控制过程可以简要的描述如下。首先给

定电机转速W与磁链φ，由W通过控制器可以算出It的输出，由φ就通过控制器可以算出Im的输出，将Im、It进行2R/2S变换，即可以得到Iα,Iβ，这个Iα,Iβ可以直接当做输入量给基于SVPWM控制的变流器，变流器输出三相电流给电机从而控制住了电机；或者也可以将Iα,Iβ进行2S/3S变换进一步变换成Ia、Ib、Ic三相电流然后当做基于CFPWM的变流器输出三相电流给电机从而控制住电机。

当然这是开环的情况，真实的系统比这个复杂得多。需要加入各种反馈，各种控制器等，更重要的是2R/2S变换和2S/2R变换和SVPWM变流器需要磁链位置信息，因此还要准确的计算出磁链信息，使得系统更加复杂。

五、总结

异步电机结构简单、制造简单、维护方便的优点，在工业生产中应用相当广泛。但由于异步电机多变量、非线性、高耦合的特点是得异步电机控制相当复杂。但经过数学变换处理，我们可以像直流电机一样去控制异步电机。掌握和研究异步电机高性能的调速方法具有重要的意义。

电气10级九班： 陆鹏飞

学号：04101921

学科前沿结课论文

题目：浅谈我对基于异步电机动态模型的调速的理解 班级：电气10级九班 姓名：陆鹏飞 学号：04101921

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